乳化剂

乳化剂是天然或合成的表面活性物质（表面活性剂），能够提高通常互不相溶的水相和非水相液体（例如水和油）之间的相容性，从而降低形成液-液混合物（乳液）所需的能量，并提高其稳定性。

乳化剂是如何起作用的?

乳化剂是既亲油又亲水的物质——这一特性被称为两亲性。因此，它们能降低疏水相与亲水相之间的界面张力。这有助于在一种相中形成另一种相的细微液滴，同时界面面积随之增大。

▶ 另请参阅我们关于乳液、表面活性剂和界面张力的相关词汇表文章。

乳化剂有哪些应用领域?

乳化剂几乎是所有乳液的关键成分，广泛应用于各类产品和工艺中，主要集中在食品、化妆品、个人护理和制药行业，以及三次采油（EOR）和乳液聚合等化学工艺中。

▶ 有关乳液在这些领域重要性的更多信息，请参阅词汇表中关于乳液的条目。

乳化剂是否天然存在?

许多乳液是利用天然乳化剂而非人工合成的物质形成的。牛奶或蛋黄等食品中含有作为天然乳化剂的卵磷脂。其他天然乳化剂和乳液稳定剂的例子包括蜂蜡和果胶，后者可从苹果等来源中提取。

乳化剂在食品工业中起什么作用?

天然乳化剂（如通常从大豆中提取的卵磷脂）通常对人体健康安全，甚至可能是人体必需的。因此，它们在食品工业中发挥着重要作用，广泛应用于人造黄油及其他可涂抹脂肪、沙拉酱和调味汁、蛋黄酱、冰淇淋以及巧克力等产品中。 此外，还使用DATEM或聚山梨醇酯等合成乳化剂，以及羧甲基纤维素（CMC）等改性天然物质。

在欧洲市场，获准用于食品的乳化剂以E编号标识，例如，脂肪酸单甘油酯和双甘油酯的编号为E 471，按用量计算，这是最常用的乳化剂。由于其良好的耐受性，这些乳化剂也被应用于化妆品和制药行业。

在美国市场，美国食品药品监督管理局（FDA）将获准使用的乳化剂列入GRAS（普遍认为安全）清单，但未为其分配识别编号。

在消费品行业之外，最重要的乳化剂有哪些?

乳化剂还应用于重工业、农用化学品、建筑和润滑剂等其他工业领域。在此类应用中，重点不在于生理耐受性，而在于技术上所需的特性，例如化学和热稳定性，以及尽可能快速高效地形成稳定乳液的能力。以下是一些例子：

• 例如，烷基酚聚氧乙烯醚（APEOs）和脂肪醇聚氧乙烯醚（FAEOs）被用于油漆和涂料中，在这些应用中，它们还充当分散剂，以改善粉末和颜料在液体中的分布并防止结块。 APEOs和FAEOs在农药产品中也起着重要作用，其中FAEOs因其更好的生物降解性而更受青睐。农药有效成分通常与水不相溶，因此必须进行乳化处理。
• 在乳液聚合中，通常使用经典的脂肪酸皂，如油酸钠或油酸钾；此外，还使用烷基硫酸盐和磺酸盐——例如十二烷基硫酸钠（SDS，月桂基硫酸钠），该物质在工业中几乎被普遍使用。 
• •    阳离子表面活性剂——即具有带正电荷亲水基团的表面活性剂——在道路建设和建筑行业中用于制备沥青乳液。当乳液接触带负电荷的岩石表面时会破乳，而被乳化剂润湿的沥青便会附着在岩石上。在护发素和织物柔顺剂中，阳离子表面活性剂也具有类似的作用，它们会附着在带负电荷的纤维上。    
  最重要的阳离子乳化剂类别是由季铵盐（“quats”）组成的。
• 过去，一些化学性质非常稳定且表面活性极高的氟化合物，如全氟辛酸（PFOA）和全氟辛烷磺酸（PFOS），也曾具有重要的技术意义。然而，这些物质——如今通常被称为“永久性化学物质”——由于其极强的环境持久性和健康风险，已在很大程度上受到监管和禁用。

什么是助乳化剂和乳液稳定剂?

仅靠表面活性剂往往不足以形成和稳定乳液。通常会使用脂肪醇等共表面活性剂来进一步稳定某些乳液。这些物质会在乳化液滴的界面上形成稳定膜，防止液滴聚结。 在形成热力学稳定的微乳液时，共表面活性剂起着尤为重要的作用——尽管从严格意义上讲，这些特殊的多相混合物并不属于乳液。

▶ 另请参阅我们关于微乳液的文章。

如何优化配方中乳化剂的使用？

为了评估基于乳液的配方稳定性，通常会进行样品老化测试，以此推断保质期。这些测试虽能提供可靠数据，但往往非常耗时，特别是对于那些能保持稳定数天或更长时间的产品。为了缩短测试时间并推断实际使用条件下的相分离情况，通常会采用循环加热/冷却或离心等加速测试方法。

在各种替代测试方法中，界面化学方法尤为高效，因为它们操作简便快捷，且能直接针对乳液形成的最重要机制：降低分散液滴相与连续相之间的界面张力。根据研究问题，会采用不同的方法。

力学法表面张力测量：Du Noüy环法和 Wilhelmy板法

环法和板法是基于作用在位于两层重叠液体相界面的测量探头（环形或板形）上的润湿力来测量界面张力的。这些是经典的张力测量方法，已被纳入许多标准中。

▶ 观看我们的视频，了解如何使用板法测量乳化剂的功效。.

旋转液滴法

在该方法中，将装有连续相的毛细管进行旋转，并通过光学手段分析引入其中的液滴的形状变化——即其曲率或垂直直径。该形状是由离心力与界面张力之间的平衡决定的。 旋转液滴法甚至能检测低至10^-6 mN/m 的极低界面张力，因此被用于微乳液的定向制备，而微乳液通常具有极低的界面张力值。该测量技术的一个重要应用领域是提高石油采收率 EOR)。

悬滴法

与旋转液滴法类似，该方法通过分析液滴在包覆相中的形状，从而模拟乳液中的分散相和连续相。界面张力是通过光学方法测量的，其依据是悬挂在针尖上的液滴的曲率分布，或者——根据密度差的方向——在包覆液体中直立漂浮的液滴的曲率分布。通过分析随时间的变化来研究界面形成速率，也可以测量动态界面张力。

界面流变学

该方法用于深入研究乳化剂的动态行为，可视为悬滴法的延伸。在此方法中，液滴并非静止悬挂在针尖上，而是其尺寸会发生正弦振荡。 通过该分析测定的界面弹性和粘度，可揭示界面张力如何随液滴尺寸变化程度及变化速率而变化。这两项结果均有助于深入理解乳液的稳定性，特别是在动态过程中的表现。

▶ 如需了解该方法的更多信息，请参阅我们关于三次采油（EOR) (AR276) 和食品 (AR285)  领域界面流变学研究的应用报告。